JP3432091B2 - Scanning electron microscope - Google Patents

Scanning electron microscope

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JP3432091B2
JP3432091B2 JP29254796A JP29254796A JP3432091B2 JP 3432091 B2 JP3432091 B2 JP 3432091B2 JP 29254796 A JP29254796 A JP 29254796A JP 29254796 A JP29254796 A JP 29254796A JP 3432091 B2 JP3432091 B2 JP 3432091B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、静電型対物レンズを具
備し、試料からの電子を効率良く検出できる走査電子顕
微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning electron microscope equipped with an electrostatic objective lens and capable of efficiently detecting electrons from a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1に静電型対物レンズを用いた走査電
子顕微鏡の要部を示す。この図において1は電子ビーム
の光軸Oに沿って配置されたインナーチューブであり、
このインナーチューブ1には高圧電源2から数kVの高
電圧が印加されている。インナーチューブ1の下部に
は、高圧電源2のアース側と接続された対物レンズの下
部電極3が設けられている。
2. Description of the Related Art FIG. 1 shows a main part of a scanning electron microscope using an electrostatic objective lens. In this figure, 1 is an inner tube arranged along the optical axis O of the electron beam,
A high voltage of several kV is applied to the inner tube 1 from a high voltage power supply 2. Below the inner tube 1, a lower electrode 3 of the objective lens, which is connected to the ground side of the high voltage power supply 2, is provided.

【0003】対物レンズ下部電極3の下部には、試料4
が設けられているが、この試料もアース電位とされてい
る。インナーチューブ1の内部には、ドーナツ状の電子
検出器5が配置されている。また、インナーチューブ1
の外側には、2段の偏向コイル6,7が設けられてお
り、図示していないが、この偏向コイル6,7には任意
の走査回路から2次元の走査信号が供給される。
A sample 4 is provided below the lower electrode 3 of the objective lens.
Is provided, but this sample is also at earth potential. A donut-shaped electron detector 5 is arranged inside the inner tube 1. Also, the inner tube 1
Two-stage deflection coils 6 and 7 are provided on the outer side of, and although not shown, two-dimensional scanning signals are supplied to the deflection coils 6 and 7 from an arbitrary scanning circuit.

【0004】電子検出器5によって検出された信号は、
ビデオ像生成回路8に供給され、この回路8でコントラ
ストや輝度の調整がなされる。また、生成回路8には、
フレームメモリが備えられており、画像信号を積算処理
してSN比を向上させるようにしている。ビテオ像生成
回路8からの画像信号は陰極線管等のモニタ装置9に供
給される。このような構成の動作を次に説明する。
The signal detected by the electronic detector 5 is
It is supplied to the video image generation circuit 8, and the circuit 8 adjusts contrast and brightness. In addition, the generation circuit 8 has
A frame memory is provided so that the image signals are integrated to improve the SN ratio. The image signal from the video image generation circuit 8 is supplied to a monitor device 9 such as a cathode ray tube. The operation of such a configuration will be described below.

【0005】図示していない電子銃から発生し加速され
た一次電子ビームEBは、図示していない数段の集束レ
ンズによってレンズ作用を受けながら、インナーチュー
ブ1内を進行し、試料4に照射される。この時、インナ
ーチューブ1には高圧電源2から高電圧が印加されてお
り、また、対物レンズの下部電極3はアース電位とされ
ているので、インナーチューブ1と下部電極3との間で
減速され、アース電位の試料4上に集束される。
The primary electron beam EB generated and accelerated by an electron gun (not shown) travels inside the inner tube 1 and is irradiated onto the sample 4 while receiving a lens action by a focusing lens (not shown) at several stages. It At this time, since a high voltage is applied to the inner tube 1 from the high voltage power source 2 and the lower electrode 3 of the objective lens is set to the ground potential, the inner tube 1 is decelerated between the lower electrode 3 and the inner tube 1. , Is focused on the sample 4 at earth potential.

【0006】集束された一次電子ビームEBは、試料4
から2次電子eを放出させる。放出した2次電子eは、
インナーチューブ1の下端と対物レンズ下部電極3との
間の電場によって上方に加速される。加速された2次電
子eは、インナーチューブ1の下端のすぐ上にある電子
検出器5によって吸収され検出される。
The focused primary electron beam EB is reflected by the sample 4
Secondary electrons e are emitted from the. The emitted secondary electron e is
It is accelerated upward by the electric field between the lower end of the inner tube 1 and the lower electrode 3 of the objective lens. The accelerated secondary electrons e are absorbed and detected by the electron detector 5 located just above the lower end of the inner tube 1.

【0007】この電子検出器5によって検出された信号
は、ビデオ像生成回路8に供給され、適宜なコントラス
ト調整や輝度調整が施される。各種調整が施された信号
は、走査コイル6,7への走査信号と同期して走査され
る陰極線管等のモニタ装置9に供給され、このモニタ装
置9上に2次電子像が表示される。
The signal detected by the electronic detector 5 is supplied to the video image generating circuit 8 and subjected to appropriate contrast adjustment and brightness adjustment. The signal subjected to various adjustments is supplied to a monitor device 9 such as a cathode ray tube which is scanned in synchronization with the scan signals to the scan coils 6 and 7, and a secondary electron image is displayed on the monitor device 9. .

【0008】図2は従来の静電型対物レンズを用いた走
査電子顕微鏡の他の例の要部を示しており、図1と同一
構成要素には同一番号が付されている。この従来例で
は、インナーチューブ1の一部はメッシュ10状に形成
されており、このメッシュ部10にもチンナーチューブ
1と同一の高電圧が印加されている。また、この例で
は、電子検出器11はメッシュ10の外側に配置されて
いる。
FIG. 2 shows a main part of another example of a scanning electron microscope using a conventional electrostatic objective lens, and the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In this conventional example, a part of the inner tube 1 is formed in the shape of a mesh 10, and the same high voltage as that of the tinner tube 1 is applied to the mesh portion 10. Further, in this example, the electron detector 11 is arranged outside the mesh 10.

【0009】この図2の構成では、試料4から放出され
る2次電子eは、インナーチューブ1の下端と対物レン
ズ下部電極3との間の電場によって上方に加速され、イ
ンナーチューブ1の一部に設けられたメッシュ部10を
通ってチューブ1の外側に向かい、電子検出器11によ
って検出される。この電子検出器11の検出信号は、図
1に示されたビデオ像生成装置8に供給される。
In the structure of FIG. 2, the secondary electrons e emitted from the sample 4 are accelerated upward by the electric field between the lower end of the inner tube 1 and the lower electrode 3 of the objective lens, and a part of the inner tube 1 is emitted. It goes to the outside of the tube 1 through the mesh part 10 provided in the tube, and is detected by the electron detector 11. The detection signal of the electronic detector 11 is supplied to the video image generating device 8 shown in FIG.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図1の従来装置で、電
子検出器5をインナーチューブ1の下端のすぐ上に位置
すると、偏向コイル6,7による一次電子ビームEBの
偏向のために、電子検出器5の中心に大きな径の穴を設
ける必要がある。したがって、多くの2次電子eがこの
穴を通過してしまい、検出器5に入射しないために、2
次電子の検出効率が悪くなる。この結果、モニタ9上に
表示される2次電子像の画質が劣化する問題が生じる。
In the conventional apparatus shown in FIG. 1, when the electron detector 5 is located just above the lower end of the inner tube 1, the deflection coils 6 and 7 deflect the primary electron beam EB, so It is necessary to provide a large diameter hole at the center of the detector 5. Therefore, many secondary electrons e pass through this hole and do not enter the detector 5, so
The detection efficiency of secondary electrons becomes poor. As a result, there arises a problem that the image quality of the secondary electron image displayed on the monitor 9 is deteriorated.

【0011】また、対物レンズであるインナーチューブ
1の下端と下部電極3との間に生じる電界強度によっ
て、2次電子の軌道が変わってしまい、画質の明るさが
一定しないという問題も生じる。
Also, the electric field strength generated between the lower end of the inner tube 1 which is the objective lens and the lower electrode 3 changes the trajectory of the secondary electrons, which causes a problem that the brightness of the image quality is not constant.

【0012】更に、電子検出器5をインナーチューブの
下端のすぐ上に位置させる構造上、電子検出器5は構造
が大きくなるシンチレータや光伝送路を用いることがで
きず、多孔面で電子増倍されるマイクロチャンネルプレ
ートが一般に使用される。しかしながら、マイクロチャ
ンネルプレートは、多孔面がコンタミネーションにより
埋まり、次第に検出効率が落ちてしまうという欠点を有
している。
Furthermore, because of the structure in which the electron detector 5 is located immediately above the lower end of the inner tube, the electron detector 5 cannot use a scintillator or an optical transmission line, which makes the structure large, and the electron multiplier 5 has a porous surface. Microchannel plates are commonly used. However, the microchannel plate has a drawback that the porous surface is filled with contamination and the detection efficiency gradually decreases.

【0013】図2に示した従来装置では、試料4から発
生し、対物レンズによって偏向された2次電子eは、メ
ッシュ部10を通過してメッシュ10の外側に配置され
た電子検出器11によって検出されるが、この方式で
は、対物レンズの電界強度によって2次電子の軌道が変
化するため、画像の明るさが一定とならずに時間的に変
化する。その結果、長時間に渡って安定な像が得られな
いと共に、2次電子の検出効率も悪い欠点を有する。
In the conventional apparatus shown in FIG. 2, the secondary electrons e generated from the sample 4 and deflected by the objective lens pass through the mesh portion 10 and are detected by the electron detector 11 arranged outside the mesh 10. Although detected, in this method, the trajectory of the secondary electrons changes depending on the electric field strength of the objective lens, so that the brightness of the image does not become constant but changes temporally. As a result, a stable image cannot be obtained for a long time, and the secondary electron detection efficiency is poor.

【0014】また、図1,図2のいずれの従来装置で
も、半導体試料のようにチャージアップしやすい試料の
観察では、チャージアップの影響によって画像が歪み、
更に、極端な場合には、2次電子が試料5から脱出でき
なくなってしまう現象も生じる。そして、半導体試料面
上に形成されたアスペスト比の高いコンタクトホールの
底部から放出される電子を効率良く検出することができ
ない。
Further, in any of the conventional devices shown in FIGS. 1 and 2, when a sample such as a semiconductor sample which is easily charged up is observed, the image is distorted due to the influence of the charge up
Furthermore, in an extreme case, a phenomenon occurs in which secondary electrons cannot escape from the sample 5. Then, it is not possible to efficiently detect the electrons emitted from the bottom of the contact hole formed on the semiconductor sample surface and having a high aspect ratio.

【0015】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、半導体試料等のチャージアップし
やすい試料であっても、試料からの電子を効率良く検出
し、高い分解能の像を得ることができる走査電子顕微鏡
を実現するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to detect electrons from a sample efficiently even if it is a sample such as a semiconductor sample that is easily charged up, and has a high resolution. It is to realize a scanning electron microscope capable of obtaining an image.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に基づく
走査電子顕微鏡は、試料上に静電レンズ型対物レンズで
一次電子ビームを集束すると共に、試料上で一次電子ビ
ームを2次元的に走査し、試料からの電子を検出して試
料の走査像を得るようにした走査電子顕微鏡において、
一次電子ビームの光軸に沿って高電圧が印加されたイン
ナーチューブを配置し、インナーチューブの内部に試料
からの電子を検出する検出器を設け、試料から発生しイ
ンナーチューブ内を検出器方向に向かう2次電子と反射
電子の内、検出器に向かう2次電子は途中でインナーチ
ューブの内壁に衝突して吸収され、反射電子のみが入射
する位置に検出器を配置したことを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a scanning electron microscope which focuses a primary electron beam on a sample by an electrostatic lens type objective lens and two-dimensionally focuses the primary electron beam on the sample. In a scanning electron microscope that scans and detects electrons from the sample to obtain a scan image of the sample,
A high voltage is arranged an inner tube which is applied along the optical axis of the primary electron beam, a detector for detecting electrons from the sample to the interior of the inner tube is provided, generated from the sample vertebral
Among the secondary electrons and reflection electrons toward the inside of emissions toner tube detector direction, secondary electrons towards the detector is absorbed by colliding with the inner wall of the inner tube in the middle, detector position only reflections electrons incident It is characterized in that it has placed a.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】請求項の発明では、一次電子ビームの光
軸に沿って高電圧が印加されたインナーチューブを配置
し、インナーチューブの内部に試料からの電子を検出す
る検出器を設け、試料から発生する2次電子と反射電子
の内、検出器に向かう2次電子のほとんど全てはインナ
ーチューブに衝突して吸収され、検出器には射電子の
みが入射する。
According to the first aspect of the invention, an inner tube to which a high voltage is applied is arranged along the optical axis of the primary electron beam, and a detector for detecting electrons from the sample is provided inside the inner tube. of generated secondary electrons and reflected electrons, almost all of the secondary electrons towards the detector is absorbed by colliding with the inner tube, only reflection electrons to the detector is incident.

【0023】請求項2の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、検出器を一次電子ビームを走査するための偏向手段
より上部に配置したことを特徴としている。請求項2の
発明では、検出器を一次電子ビームを走査するための偏
向手段より上部に配置し、検出器の電子検出面積を大き
くして検出効率を高める。
A scanning electron microscope according to a second aspect of the present invention is a deflecting means for scanning a primary electron beam on a detector.
It is characterized by being placed on the upper side. According to the second aspect of the invention, the detector is arranged above the deflecting means for scanning the primary electron beam, and the electron detection area of the detector is increased to enhance the detection efficiency.

【0024】請求項の発明に基づく走査電子顕微鏡
は、対物レンズとして電磁界重畳型対物レンズを用いた
ことを特徴としている。請求項の発明では、対物レン
ズとして電磁界重畳型対物レンズを用い、対物レンズの
収差を小さくする。
The scanning electron microscope according to the invention of claim 3 is characterized in that an electromagnetic field superposition type objective lens is used as the objective lens. According to the invention of claim 3, an electromagnetic field superposition type objective lens is used as the objective lens, and the aberration of the objective lens is reduced.

【0025】[0025]

【実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形
態を詳細に説明する。図3は、本発明に基づく走査電子
顕微鏡の要部を示しているが、図1と同一ないしは類似
の構成要素には同一番号を付しその詳細な説明は省略す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 3 shows a main part of the scanning electron microscope according to the present invention, but the same or similar components as in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof are omitted.

【0026】図3の実施の形態では、高圧電源2から数
kVの高電圧が印加されているインナーチューブ1の内
部には、一次電子ビームの光軸に垂直にドーナツ状のシ
ンチレータ12が配置されている。このシンチレータ1
2はインナーチューブ1と接続されており、インナーチ
ューブ1と同電位とされている。
In the embodiment shown in FIG. 3, a doughnut-shaped scintillator 12 is arranged perpendicular to the optical axis of the primary electron beam inside the inner tube 1 to which a high voltage of several kV is applied from the high voltage power source 2. ing. This scintillator 1
2 is connected to the inner tube 1 and has the same potential as the inner tube 1.

【0027】シンチレータ12は光伝導路13の下面に
密着されて保持されているが、光伝導路13には一次電
子ビームEBを通過させる孔が穿たれており、この孔に
は一次電子ビームの光軸に沿って導電性の細長いパイプ
14が挿入されている。光伝導路13の上側は約45°
の角度でカットされており、カット面は鏡面処理された
後、金属コーティング15が施されている。この金属コ
ーティング15は一次電子ビームEBが絶縁性の光伝導
路13に直接衝突し、光伝導路13の表面にチャージア
ップが発生することを防止する作用を有する。
Although the scintillator 12 is held in close contact with the lower surface of the photoconductive path 13, the photoconductive path 13 has a hole for allowing the primary electron beam EB to pass therethrough. A conductive elongated pipe 14 is inserted along the optical axis. The upper side of the light conducting path 13 is about 45 °
Is cut at an angle of, and the cut surface is mirror-finished and then metal-coated 15. The metal coating 15 has a function of preventing the primary electron beam EB from directly colliding with the insulating photoconductive path 13 and causing charge-up on the surface of the photoconductive path 13.

【0028】シンチレータ12で発生した光は、金属コ
ーティング15面によって45°方向に反射され、光伝
導路13を通る。光伝導路13の出射側には光電子増倍
管等の光電管16が設けられており、シンチレータ12
で発生した光は光電管16によって検出される構造とな
っている。光電管16によって検出された信号は、ビテ
オ像生成回路8を介してモニタ9に供給される。
The light generated by the scintillator 12 is reflected in the direction of 45 ° by the surface of the metal coating 15 and passes through the photoconductive path 13. A phototube 16 such as a photomultiplier tube is provided on the exit side of the photoconductive path 13, and the scintillator 12
The light generated in 1 is detected by the phototube 16. The signal detected by the phototube 16 is supplied to the monitor 9 via the video image generation circuit 8.

【0029】なお、シンチレータ12は、偏向コイル
6,7の位置より上部に配置されている。この結果、シ
ンチレータ12や光伝導路13部分では、一次電子ビー
ムEBは光軸に沿って直進しており、光伝導路13の電
子ビーム通過孔、パイプ14、シンチレータ12の電子
ビーム通過孔のそれぞれの径を著しく小さくすることが
できる。このような構成の動作を次に説明する。
The scintillator 12 is arranged above the positions of the deflection coils 6 and 7. As a result, in the portion of the scintillator 12 and the photoconductive path 13, the primary electron beam EB travels straight along the optical axis, and the electron beam passage hole of the photoconductive path 13, the pipe 14, and the electron beam passage hole of the scintillator 12 are respectively formed. The diameter of can be significantly reduced. The operation of such a configuration will be described below.

【0030】図示していない電子銃から発生し加速され
た一次電子ビームEBは、数段の集束レンズによって集
束され、インナーチューブ1内に入る。インナーチュー
ブ1は高圧電源2から、例えば、8kV程度の高電圧が
印加されており、その結果、一次電子ビームEBは、こ
のインナーチューブ1に入射する際に加速される。
The primary electron beam EB generated and accelerated by an electron gun (not shown) is focused by the focusing lenses of several stages and enters the inner tube 1. A high voltage of, for example, about 8 kV is applied to the inner tube 1 from the high voltage power source 2, and as a result, the primary electron beam EB is accelerated when entering the inner tube 1.

【0031】加速された一次電子ビームEBは、インナ
ーチューブ1内に挿入された光伝導路13の電子ビーム
通過孔に設けられたパイプ14を通過し、インナーチュ
ーブ1の下端と高圧電源2のアース側に接続された対物
レンズ下部電極3との間に生じている減速電界によって
試料4上に集束される。
The accelerated primary electron beam EB passes through the pipe 14 provided in the electron beam passage hole of the photoconductive path 13 inserted in the inner tube 1, and the lower end of the inner tube 1 and the ground of the high voltage power supply 2 are grounded. The sample 4 is focused by the decelerating electric field generated between the lower electrode 3 of the objective lens connected to the side.

【0032】試料4に集束された一次電子ビームEB
は、2次電子eと反射電子rとを試料から放出させる。
放出された2次電子eと反射電子rとは、対物レンズ下
部電極3とインナーチューブ1の下端との間に生じてい
る電界によって上方に加速される。
Primary electron beam EB focused on sample 4
Causes secondary electrons e and reflected electrons r to be emitted from the sample.
The emitted secondary electrons e and reflected electrons r are accelerated upward by the electric field generated between the lower electrode 3 of the objective lens and the lower end of the inner tube 1.

【0033】試料から放出された2次電子eは、試料か
ら放出された直後のエネルギーが小さいため、前記した
電界によって強いレンズ作用を受け、そのほとんどはイ
ンナーチューブ1の比較的上部にあるシンチレータ12
までには到達できず、途中でインナーチューブ1の内壁
に衝突して吸収される。
Since the secondary electrons e emitted from the sample have a small energy immediately after being emitted from the sample, they undergo a strong lens action by the above-mentioned electric field, and most of them are in the scintillator 12 located relatively above the inner tube 1.
However, the inner wall of the inner tube 1 collides with and is absorbed.

【0034】一方、試料から上方に放出された反射電子
rは、試料4から放出された直後のエネルギーはほぼ一
次電子ビームの有するエネルギーと同程度であるため、
前記した電界によって受けるレンズ作用は小さく、更に
加速されることによって、インナーチューブ1内をほぼ
直進し、インナーチューブ1内の比較的上方に位置した
シンチレータ12面に衝突する。
On the other hand, the reflected electrons r emitted upward from the sample have almost the same energy immediately after being emitted from the sample 4 as the energy of the primary electron beam.
The lens action received by the electric field is small, and when further accelerated, the lens travels substantially straight inside the inner tube 1 and collides with the surface of the scintillator 12 located relatively above in the inner tube 1.

【0035】シンチレータ12に衝突した反射電子r
は、シンチレータ12を発光させる。シンチレータ12
からの光は、傾斜角が約45°の面を有する金属コーテ
ィング15面で、光軸とおよそ垂直方向に反射される。
反射された光は光伝導路13を通って、この光伝導路1
3の端部に接近して配置された光電管16によって電気
信号に変換される。光電管16の検出信号は、図1と同
様なビデオ像生成回路8に供給される。ビデオ像生成回
路8からの映像信号はモニタ9に供給されることから、
モニタ9には試料の走査像が表示される。
Reflected electrons r colliding with the scintillator 12
Causes the scintillator 12 to emit light. Scintillator 12
The light from is reflected by the surface of the metal coating 15 having a surface with an inclination angle of about 45 ° in a direction approximately perpendicular to the optical axis.
The reflected light passes through the photoconductive path 13 and the photoconductive path 1
It is converted into an electric signal by the phototube 16 which is arranged close to the end of 3. The detection signal of the photoelectric tube 16 is supplied to the video image generation circuit 8 similar to that in FIG. Since the video signal from the video image generation circuit 8 is supplied to the monitor 9,
A scan image of the sample is displayed on the monitor 9.

【0036】図4は高圧電源2から高電圧が印加された
インナーチューブ1と対物レンズ下部電極3との間で生
じる電位曲線Eと、この電界によるレンズ作用による一
次電子ビームEBの電子軌道Rとを示している。一次電
子ビームは減速電界により発散されそして集束される。
FIG. 4 shows a potential curve E generated between the inner tube 1 to which a high voltage is applied from the high voltage power source 2 and the objective lens lower electrode 3, and an electron trajectory R of the primary electron beam EB due to the lens action by this electric field. Is shown. The primary electron beam is diverged and focused by the decelerating electric field.

【0037】図5は一次電子ビームが試料4に入射した
場合の2次電子eと反射電子rの発生過程を示したもの
である。一次電子ビームEBは、そのエネルギーの大き
さによって試料4の内部まで侵入し、試料4内の電子と
相互作用を繰り返す。電子が相互作用を繰り返す領域
は、電子散逸領域Sと呼ばれ、その上部約1/3の領域
から、2次電子eと反射電子rが試料4の外部に放出さ
れる。
FIG. 5 shows the generation process of the secondary electrons e and the reflected electrons r when the primary electron beam is incident on the sample 4. The primary electron beam EB penetrates into the inside of the sample 4 due to its energy level and repeats interaction with the electrons in the sample 4. A region where electrons repeatedly interact with each other is called an electron dissipation region S, and secondary electrons e and backscattered electrons r are emitted to the outside of the sample 4 from an upper region of about 1/3 thereof.

【0038】特に2次電子eの発生領域は、電子脱出領
域λと呼ばれ、比較的浅い領域から2次電子eが放出さ
れるため、2次電子eは試料4上の微細な情報を有する
ことになる。また、加速電圧が3kV以下では、電子散
逸領域Sも小さくなり、反射電子rが放出される発生領
域が2次電子eの電子脱出領域λに近付くため、反射電
子rも試料4上の微細な情報を有するようになる。
Particularly, the area where the secondary electrons e are generated is called an electron escape area λ, and the secondary electrons e are emitted from a relatively shallow area, so that the secondary electrons e have fine information on the sample 4. It will be. Further, when the accelerating voltage is 3 kV or less, the electron dissipation region S also becomes small and the generation region where the reflected electrons r are emitted approaches the electron escape region λ of the secondary electrons e, so that the reflected electrons r are also fine on the sample 4. Get to have the information.

【0039】図6(a)は、試料4上に形成されたアス
ペクト比が高いコンタクトホール21の断面を示してい
る。なお、アスペクト比とは、良く知られているよう
に、ホールの深さに対するホールの径の比である。この
場合、一次電子ビームEBがコンタクトホール21の底
部に到達しても、発生した2次電子eのほとんどは、電
界がコンタクトホール21の底部まで入り込まないた
め、コンタクトホール21の側壁に衝突してしまう。
FIG. 6A shows a cross section of the contact hole 21 formed on the sample 4 and having a high aspect ratio. As is well known, the aspect ratio is the ratio of the hole diameter to the hole depth. In this case, even if the primary electron beam EB reaches the bottom of the contact hole 21, most of the generated secondary electrons e do not enter the bottom of the contact hole 21 and thus collide with the sidewall of the contact hole 21. I will end up.

【0040】その一方で、ほぼ垂直方向に放出された反
射電子rは、コンタクトホール内をー直進させ、試料4
の表面から放出させることができるので、この反射電子
rを検出できれば、アスペクト比の高いコンタクトホー
ル底部を観察することが可能となる。
On the other hand, the reflected electrons r emitted in a substantially vertical direction travel straight in the contact hole, and
Since it can be emitted from the surface of the contact hole, if the reflected electrons r can be detected, it is possible to observe the bottom of the contact hole having a high aspect ratio.

【0041】また、図6(b)に示すように、半導体試
料のようにチャージしやすい試料4では、試料4の表面
上に負電荷がたまり、コンタクトホール21底部より発
生した2次電子eは、そのエネルギーが低いために、試
料4の表面上まで到達できない。しかしながら、エネル
ギーが高い垂直方向に放出された反射電子rは、試料4
の表面から放出されることができ、この反射電子rを検
出できれば、同様にしてコンタクトホール21の底部を
観察することができる。
Further, as shown in FIG. 6B, in the sample 4 which is easy to be charged like the semiconductor sample, the negative charges are accumulated on the surface of the sample 4 and the secondary electrons e generated from the bottom of the contact hole 21 are generated. , Its energy is too low to reach the surface of the sample 4. However, the reflected electrons r emitted in the vertical direction with high energy are
If the backscattered electrons r can be emitted from the surface of the contact hole 21 and the bottom of the contact hole 21 can be observed in the same manner.

【0042】上記したように、図3の構成では、インナ
ーチューブ1の比較的上方にシンチレータ12を配置
し、試料から放出された2次電子eをインナーチューブ
1によって吸収し、ほぼ反射電子rのみを検出するよう
に構成したので、安定してアスペクト比の高い試料の底
部の情報を検出することができる。
As described above, in the configuration of FIG. 3, the scintillator 12 is arranged relatively above the inner tube 1 so that the secondary electrons e emitted from the sample are absorbed by the inner tube 1 and almost only the reflected electrons r are absorbed. Since it is configured to detect, the information on the bottom of the sample having a high aspect ratio can be stably detected.

【0043】また、シンチレータ12は、偏向コイル
6,7の位置より上部に配置したので、シンチレータ1
2や光伝導路13部分では、光軸に沿って直進する一次
電子ビームEBを通過させる程度の電子ビーム通過孔を
穿てば良い。その結果、電子ビーム通過孔を通過する反
射電子rを極めて少なくでき、ほとんどの反射電子をシ
ンチレータ12に入射させることができるので、反射電
子の検出効率を大きく向上させることができる。
Further, since the scintillator 12 is arranged above the position of the deflection coils 6 and 7, the scintillator 1
2 and the portion of the photoconductive path 13 may be provided with an electron beam passage hole through which the primary electron beam EB traveling straight along the optical axis can pass. As a result, the number of backscattered electrons r passing through the electron beam passage hole can be extremely reduced, and most of the backscattered electrons can be made incident on the scintillator 12. Therefore, the detection efficiency of the backscattered electrons can be greatly improved.

【0044】更に、反射電子の検出手段として、シンチ
レータを用いたので、従来のマイクロチャンネルプレー
トのように、コンタミネーションにより多孔面が埋まっ
て検出効率が落ちてしまう問題は回避できる。
Further, since the scintillator is used as the means for detecting backscattered electrons, it is possible to avoid the problem that the porous surface is buried due to contamination and the detection efficiency is lowered, unlike the conventional microchannel plate.

【0045】図7は本発明の他の実施の形態を示してい
る。この図7の例では、対物レンズとして電磁界重畳型
対物レンズが用いられている。すなわち、インナーチュ
ーブ1の下端部分には、磁界レンズ25が配置され、こ
の磁界レンズ25の磁極は、高圧電源2のアース側に接
続されている。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. In the example of FIG. 7, an electromagnetic field superposition type objective lens is used as the objective lens. That is, the magnetic field lens 25 is arranged at the lower end portion of the inner tube 1, and the magnetic pole of the magnetic field lens 25 is connected to the ground side of the high voltage power supply 2.

【0046】この構成では、対物レンズ作用は、磁界レ
ンズ25による磁場と、インナーチューブ1と磁界レン
ズ25の磁極との間の静電レンズによる電場により達成
される。電磁界重畳型対物レンズは、収差を小さくでき
るので、より高分解能の像を得ることに効果がある。な
お、試料4からの反射電子を検出する構成や、反射電子
検出のメカニズムは、図3の実施の形態と同じである。
In this structure, the objective lens action is achieved by the magnetic field of the magnetic field lens 25 and the electric field of the electrostatic lens between the inner tube 1 and the magnetic pole of the magnetic field lens 25. Since the electromagnetic field superposition type objective lens can reduce the aberration, it is effective in obtaining a higher resolution image. The configuration for detecting backscattered electrons from the sample 4 and the mechanism for detecting backscattered electrons are the same as those in the embodiment shown in FIG.

【0047】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明はこれらの実施の形態に限定されない。例えば、反
射電子の検出にシンチレータをメインとした検出系を用
いたが、コンタミネーションの影響が少なければ、マイ
クロチャンネルプレート等の他の検出系を用いることが
できる。また、他の二次電子検出器と共に用いることで
さらに画質を高めることも可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, although a detection system mainly including a scintillator was used for detecting backscattered electrons, another detection system such as a microchannel plate can be used as long as the influence of contamination is small. Further, it is possible to further improve the image quality by using it together with other secondary electron detectors.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明で
は、一次電子ビームの光軸に沿って高電圧が印加された
インナーチューブを配置し、インナーチューブの内部に
試料からの電子を検出する検出器を設け、試料から発生
する2次電子と反射電子の内、検出器に向かう2次電子
のほとんど全てはインナーチューブに衝突して吸収さ
れ、検出器には反射電子のみが入射するように構成し
た。
As described above, according to the first aspect of the invention, the inner tube to which a high voltage is applied is arranged along the optical axis of the primary electron beam, and electrons from the sample are detected inside the inner tube. Generates from the sample by installing a detector to
Of the secondary electrons and reflected electrons that go to the detector
Almost all of the
Therefore , the detector is configured so that only the reflected electrons are incident .

【0049】[0049]

【0050】[0050]

【0051】[0051]

【0052】[0052]

【0053】その結果、効率良く試料からの電子を検出
することができる。また、この構成の場合、主として試
料からの反射電子が選択的に検出器に入射し、試料が半
導体試料のようなチャージアップしやすい試料であって
も、アスペクト比が高いコンタクトホールの観察の場合
であっても、試料の形態等を高い分解能で安定して観察
することが可能となる。
As a result, the electrons from the sample can be efficiently detected. In addition, in the case of this configuration, mainly when the reflected electrons from the sample are selectively incident on the detector and the sample is a sample such as a semiconductor sample that is easily charged up, when observing a contact hole with a high aspect ratio. Even in this case, it becomes possible to stably observe the morphology of the sample with high resolution.

【0054】請求項2の発明では、検出器を一次電子ビ
ームを走査するための偏向手段より上部に配置したの
で、検出器の電子検出面積を大きくして検出効率を高め
ることができる。
According to the second aspect of the invention, since the detector is arranged above the deflecting means for scanning the primary electron beam, the electron detection area of the detector can be increased and the detection efficiency can be improved.

【0055】請求項の発明では、対物レンズとして電
磁界重畳型対物レンズを用いたので、対物レンズの収差
を小さくすることができ、高分解能の走査電子顕微鏡が
提供される。
According to the third aspect of the invention, since the electromagnetic field superposition type objective lens is used as the objective lens, the aberration of the objective lens can be reduced, and a high resolution scanning electron microscope is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来の静電型対物レンズを用いた走査電子顕微
鏡を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a scanning electron microscope using a conventional electrostatic objective lens.

【図2】従来の静電型対物レンズを用いた走査電子顕微
鏡を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a scanning electron microscope using a conventional electrostatic objective lens.

【図3】本発明に基づく走査電子顕微鏡の要部を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a main part of a scanning electron microscope according to the present invention.

【図4】静電型対物レンズの電位曲線と、一次電子ビー
ムの軌道を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a potential curve of an electrostatic objective lens and a trajectory of a primary electron beam.

【図5】一次電子ビームの照射による試料からの2次電
子と反射電子の放出の様子を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing how secondary electrons and reflected electrons are emitted from a sample by irradiation with a primary electron beam.

【図6】コンタクトホールからの反射電子と2次電子の
放出の様子を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing how reflected electrons and secondary electrons are emitted from a contact hole.

【図7】電磁界重畳型対物レンズを用いた本発明の他の
実施の形態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention using an electromagnetic field superimposing type objective lens.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インナーチューブ 2 高圧電源 3 対物レンズ下部電極 4 試料 6,7 偏向コイル 8 ビデオ像生成回路 9 モニタ 12 シンチレータ 13 光伝導路 14 パイプ 15 金属コーティング 16 光電管 1 inner tube 2 high voltage power supply 3 Lower electrode of objective lens 4 samples 6,7 deflection coil 8 Video image generation circuit 9 monitors 12 scintillator 13 Optical path 14 pipes 15 Metal coating 16 Phototube

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−203459(JP,A) 特開 平5−266855(JP,A) 特開 平3−283249(JP,A) 特開 平8−138611(JP,A) 特開 平8−321273(JP,A) 特開 平8−64163(JP,A) 特開 平4−370640(JP,A) 特開 昭64−10561(JP,A) 特開 平3−22339(JP,A) 特開 平8−138612(JP,A) 特開 平7−6726(JP,A) 特開 平6−243814(JP,A) 特開 平6−68832(JP,A) 特開 平3−272554(JP,A) 特開 平8−83589(JP,A) 特開 平6−117847(JP,A) 特開 昭58−218737(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/244 H01J 37/28 H01L 21/66 Continuation of front page (56) Reference JP-A-8-203459 (JP, A) JP-A-5-266855 (JP, A) JP-A-3-283249 (JP, A) JP-A-8-138611 (JP , A) JP 8-321273 (JP, A) JP 8-64163 (JP, A) JP 4-370640 (JP, A) JP 64-10561 (JP, A) JP 3-22339 (JP, A) JP 8-138612 (JP, A) JP 7-6726 (JP, A) JP 6-243814 (JP, A) JP 6-68832 (JP, A) JP-A-3-272554 (JP, A) JP-A-8-83589 (JP, A) JP-A-6-117847 (JP, A) JP-A-58-218737 (JP, A) (58) Survey Fields (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 37/244 H01J 37/28 H01L 21/66

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料上に静電レンズ型対物レンズで一次
電子ビームを集束すると共に、試料上で一次電子ビーム
を2次元的に走査し、試料からの電子を検出して試料の
走査像を得るようにした走査電子顕微鏡において、一次
電子ビームの光軸に沿って高電圧が印加されたインナー
チューブを配置し、インナーチューブの内部に試料から
の電子を検出する検出器を設け、試料から発生しインナ
ーチューブ内を検出器方向に向かう2次電子と反射電子
の内、検出器に向かう2次電子は途中でインナーチュー
の内壁に衝突して吸収され、反射電子のみが入射する
位置に検出器を配置したことを特徴とする走査電子顕微
鏡。
1. An electrostatic lens type objective lens is used to focus a primary electron beam on a sample, and the primary electron beam is two-dimensionally scanned on the sample to detect electrons from the sample to form a scan image of the sample. In the scanning electron microscope designed to obtain, the inner tube to which a high voltage is applied is arranged along the optical axis of the primary electron beam, and a detector for detecting electrons from the sample is provided inside the inner tube to generate the sample. Shiina
Among the secondary electrons and reflection electrons toward the inside over the tube to the detector direction, secondary electrons towards the detector is absorbed by colliding with the inner wall of the inner tube in the middle, only the reflections electrons incident
Scanning electron microscope, characterized in that it has placed the detector position.
【請求項2】 検出器は一次電子ビームを走査するため
の偏向手段より上部に配置された請求項1記載の走査電
子顕微鏡。
2. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the detector is arranged above the deflecting means for scanning the primary electron beam.
【請求項3】 対物レンズは電磁界重畳型対物レンズで
ある請求項1〜2記載の走査電子顕微鏡。
3. The scanning electron microscope according to claim 1, wherein the objective lens is an electromagnetic field superposition type objective lens.
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